Bataryada Isı Yönetimi Teknolojileri

51

52

Zorlanmış taşınım hava sistemleri ısıtma, soğutma ve havalandırma fonksiyonlarını tek bir sistemde gerçekleştirebilmektedir. Ek bir havalandırma aygıtına (vantilatör) gerek yoktur, ancak atılan havanın tekrar kabine geri dönemeyeceği bilinmelidir.

Bazı durumlarda, ısının egzoz havasından(dışarı atılan hava) geri kazanılması için batarya paketinin arkasına bir ısı geri kazanım ünitesi (hava-hava ısı eşanjörü) monte edilir.

Sistemin şematik açıklaması Şekil 3.4’te gösterilmektedir.

Şekil 3.4. Isı geri kazanımlı zorlanmış taşınım hava sistemleri (Li ve Zhu 2014)

3.2.2. Sıvı ile soğutma ve ısıtma

Havanın yanı sıra sıvı, ısı transferinde kullanılan bir başka ısı transfer yöntemidir. Genel olarak ısıl yönetim sistemleri için uygulanan iki grup sıvı vardır. Bunlardan biri, mineral yağ gibi doğrudan batarya hücrelerine temas edebilen dielektrik sıvıdır (doğrudan temas eden sıvı). Diğeri ise etilen glikol ve su karışımı gibi yalnızca batarya hücrelerine dolaylı olarak temas edebilen sıvıdır (dolaylı temas sıvısı). Farklı sıvılara bağlı olarak, farklı sistemler tasarlanmıştır. Doğrudan temaslı sıvı için batarya paketleri mineral yağa batırılmaktadır. Dolaylı temas sıvısı için olası bir sistem batarya paketinin etrafındaki bir koruyucu kılıf ile, her paketin etrafındaki ayrı boru sistemi ile, batarya paketlerinin soğutma/ısıtma plakasına yerleştirilmesi ile ya da batarya paketinin soğutma/ısıtma kanatları ve plakaları ile birleştirilmesiyle olabilir. Bu iki grup arasında, batarya paketi ve

53

çevresi arasında daha iyi bir yalıtım ve böylece daha iyi güvenlik performansı elde etmek için dolaylı temas sistemleri tercih edilir.

Sıvı sistemler de pasif sistemler ve aktif sistemler olarak sınıflandırılabilir. Pasif sıvı sisteminde, soğutma için kullanılan soğutucu plaka bir radyatördür. Radyatör genellikle aracın ön kısmında konumlandırılmaktadır. Şekil 3.5’te pasif bir sıvı sistemin sistematik şemasını gösterilmektedir. Isı transfer sıvısı, pompa tarafından kapalı bir sistem içinde sirküle edilir.

Şekil 3.5. Pasif sıvı soğutmalı sistem (Li ve Zhu 2014)

Dolaşımdaki sıvı batarya paketindeki ısıyı alır ve bir radyatör vasıtasıyla ısıyı atar.

Soğutma gücü, ortam havası ve batarya arasındaki sıcaklığa büyük ölçüde bağlıdır. Eğer radyatörün arkasına fan konulursa soğutma performansı iyileştirebilir ancak ortam havası batarya sıcaklığından yüksekse veya aralarındaki fark çok küçükse, pasif sıvı sistem soğutma için çok fazla etkili olmaz.

Şekil 3.6’da aktif bir sıvı sistemin sistematik şeması gösterilmektedir.

54

Şekil 3.6. Aktif sıvı soğutmalı sistem (Li ve Zhu 2014)

Şemaya bakıldığında bu sistemde iki tane döngünün olduğu görülmektedir. Şekildeki üst bölüm birinci döngü, alt bölüm ikinci döngü olarak adlandırılır. Birinci döngü, ısı transfer sıvısının pompa tarafından dolaştırıldığı pasif bir sıvı sistemine benzemektedir. İkinci döngü bir klima çevrimidir. İkinci döngüdeki üst ısı eşanjörü, soğutma işlemi için bir buharlaştırıcı olarak çalışır ve her iki döngüyü birbirine bağlar. Isıtma işlemi için 4 yollu vana anahtarlanır ve sistemde üst ısı eşanjörü bu sefer bir yoğusturucu (kondansatör) olarak çalışır. Isıtma işlem döngüsüne ısı pompası çevrimi de denir.

3.2.3. Direkt soğutucu ile soğutma ve ısıtma

Aktif sıvı sistemlerine benzer şekilde, doğrudan bir soğutucu akışkan sistemi bir klima döngüsünden oluşur ancak doğrudan batarya paketinde dolaşan ısı transfer sıvısı olarak soğutucu akışkan kullanır. Sistematik düzen Şekil 3.7'de verilmiştir.

55

Şekil 3.7. Direkt soğutucu ile soğutma sistemi (Li ve Zhu 2014)

3.2.4. Faz değişim malzemesi (PCM) ile soğutma ve ısıtma

Faz değişim malzemeleri (phase change material(PCM)), erime ve katılaşma sırasında sabit bir noktada ısı miktarını depolayan ve serbest bırakan yüksek füzyon ısısına sahiptir.

Faz değişim malzemeleri katıdır ve sıcaklık yükselmesiyle birlikte malzemede ısı duyulur ısı olarak absorbe edilir. Sıcaklık erime noktasına ulaştığında ısı, gizli ısı olarak absorbe edilir ve depolanır. Bu durum malzemede sıcaklık artışı olmadan gizli ısının maksimum noktasına kadar devam eder. Bu sırada malzeme de katı formdan sıvı forma geçer. Daha sonra malzeme sıvı forma geçince ısı, duyulur ısı olarak absorbe edilir. Bu malzemenin sıcaklığa bağlı olarak enerji depolama özelliği Şekil 3.8’de gösterilmektedir.

56

Şekil 3.8. Faz değişim malzemesinin sıcaklık-enerji depolama grafiği (Li ve Zhu 2014)

Ayrıca, faz değişim malzemeleri batarya sıcaklığını yönetmek için hava soğutmalı sistem veya sıvı soğutmalı sistem ile birleştirilebilir.

3.2.5. Termoelektrik modül (peltier) ile soğutma ve ısıtma

Termoelektrik soğutucular, bir nesnenin sıcaklığını çevre sıcaklığının altına düşürürken, çevredeki sıcaklık ne olursa olsun, nesne sıcaklığını dengede tutarlar. Termoelektrik soğutucular, bazen termoelektrik modül veya Peltier soğutucusu diye de adlandırılabilir.

Termoelektrik soğutucular, küçük bir ısı pompası gibi çalışan yarı iletkenlerdir. Bir doğru akım kaynağından sağlanan küçük bir voltaj sayesinde, ısı, modülün bir ucundan diğerine doğru hareket eder. Böylece modülün bir yüzü ısınırken, diğeri de eşzamanlı olarak soğumaya başlar. Bu olay, doğru akım kaynağının artı ve eksi kutuplarının yer değiştirmesiyle aksine çevrilebilir. Bir termoelektrik modülü, kullanım amacına göre ısıtıcı veya soğutucu olarak kullanılabilir.

Termoelektrik modül ile batarya soğutulması veya ısıtılmasında iki adet fan kullanılır.

Soğutma sisteme ait şema Şekil 3.9’da gösterilmektedir. Isıtma işlevi için termoelektrik soğutucunun bağlantı kutuplarının değiştirilmesi yeterlidir.

57

Şekil 3.9. Termoelektrik modül ile soğutma sistemi (Li ve Zhu 2014)

3.2.6. Isı borusu

Termoelektrik modüllerin yanı sıra, ısı borusu pasif hava sistemlerini performansını arttıran başka bir yoldur. Kılcal yapı, sinterlenmiş bakır tozundan yapılmıştır.

Isı borusu bir bölgeden başka bir bölgeye buharlaşma ve yoğunlaşma faz değişimini kullanarak ısıyı transfer eder. Boş bir metal borunun içi ısıyı taşıyacak kimyasal sıvı ile doldurulur, buharlaşma ve yoğunlaşma olaylarından faydalanarak sonsuz döngü halinde ısıyı bir bölgeden başka bir bölgeye taşır. Vakumlu bir sızdırmaz iletkenden ibarettir.

Tipik bir ısı borusu temel 3 bölümden oluşur buharlaştırıcı kısım (ısı girişi/ kaynak), ısının taşındığı kısım ve yoğunlaştırma kısmı (ısı çıkışı/ output).Bu sistemde ısı borusu çalışma sıvısı olarak su kullanır. Sisteme ait örnek şema Şekil 3.10’da gösterilmektedir.

58

Şekil 3.10. Isı borusu ile soğutma sistemi (Li ve Zhu 2014)

Termoelektrik ile kıyaslandığında, bir ısı borusu daha güvenilirdir çünkü hareketli parçası ve enerji tüketimi yoktur. Fakat ısı borusunun bataryayı ısıtma fonksiyonu da bulunmamaktadır.